研究核心发现 - 德国马克斯·普朗克量子光学研究所物理学家首次通过实验揭示了赝能隙态中潜藏的磁性有序结构 为理解高温超导起源提供了关键线索 [1] - 这一成果是量子材料领域的重要进展 相关论文发表于《美国国家科学院院刊》 [1] 高温超导与赝能隙态的背景 - 超导性研究有望给远距离输电和量子计算等领域带来变革 但人们对超导性的理解仍不完整 [1] - 在许多高温超导体中 超导并非直接由常规金属态产生 而是先进入一种奇特的中间态——赝能隙态 此时电子行为异常 可流动的能态减少 [1] - 理解赝能隙被认为是揭示超导机理、设计更优材料的关键 [1] 关于磁性有序的传统认知与新证据 - 在母体材料中 电子通常形成反铁磁有序 即相邻自旋方向相反 通过掺杂增加或减少电子后 这种有序会被削弱 [1] - 长期以来 研究人员认为掺杂会彻底破坏长程磁性 而赝能隙正是在这种近乎无序状态下出现的 [1] - 新研究借助超冷原子量子模拟器 在接近绝对零度的条件下 用锂原子构建费米—哈伯德模型 并将原子排列在激光形成的光学晶格中 在高度可控环境下模拟电子间的相互作用 [1] - 借助量子气体显微镜 团队逐个成像原子及自旋状态 在不同温度和掺杂条件下采集超过3.5万张高分辨率图像 [2] - 分析显示 尽管长程反铁磁序在掺杂后消失 但在极低温条件下仍存在稳定的短程磁性关联 [2] 赝能隙与磁性结构的关联性 - 进一步分析发现 当以特定温度标度比较时 不同掺杂和温度下的磁性关联可归并到统一曲线 而这一温标与赝能隙出现的特征温度高度一致 [2] - 这表明赝能隙与被削弱但仍存在的磁性结构密切相关 [2] 赝能隙态中电子关联的复杂性 - 研究还发现 在赝能隙态中 电子间并非仅成对关联 而是形成复杂多粒子结构 [2] - 实验测量了5个粒子同时参与的关联效应 显示即便单个掺杂粒子 也可能在较大空间范围扰动周围磁性排列 [2] 研究方法与未来展望 - 超冷原子量子模拟为探索复杂量子材料提供了可控平台 [2] - 未来 随着实验温度进一步降低和观测手段提升 科学家有望在类似体系中发现新量子有序形态 并推动对高温超导本质的深入理解 [2]